báo cáo hệ thống viba

báo cáo hệ thống viba

Chương 1: Tổng quan về hệ thống viba 1.1 Giới thiệu chung

Hệ thống truyền dẫn là 1 hệ thống bao gồm các thiết bị, phương tịên dùng để truyền tín hiệu từ nơi này đến nơi khác.

Ngày nay, theo phương tiện truyền dẫn, các HTTT bao gồm các loại hệ thống chủ yếu sau: + HTTT dùng cáp đồng trục, trong đó môi trường truyền dẫn là cáp đồng trục (coaxial cable)

Các hệ thống sử dụng cáp đồng trục có dung lượng không cao, cự ly khoảng lặp ngắn

và khả năng cơ động kém Các hệ thống loại này đang dần được thay thế và được sử dụng chỉ trong những tình huống cụ thể nhất định.

+ HTTT sóng cực ngắn (microwave) với môi trường truyền dẫn vô tuyến trên giải sóng cực ngắn, bao gồm các loại hệ thống thông tin vệ tinh, thông tin vô tuyến tiếp sức (radio-relay) và thông tin di động;

Các hệ thống thông tin vệ tinh có dung lượng trung bình song bù lại có cự ly liên lạc

từ lớn đến rất lớn Các hệ thống này được sử dụng làm trục xuyên lục địa hoặc phục vụ cho các tuyến khó triển khai các loại hình liên lạc khác (như tuyến liên lạc đất liền-hải đảo, đất liền-các giàn khoan dầu, đất liền-các tàu viễn dương ) Ngoài ra, các hệ thống

vệ tinh địa tĩnh còn được sử dụng cho các hệ thống phát quảng bá truyền hình Trong tương lai gần, khi hệ thống các vệ tinh quỹ đạo thấp và trung bình được triển khai, các

hệ thống vệ tinh có thể được sử dụng cho cả thông tin di động phủ sóng toàn cầu.

Các hệ thống thông tin di động phục vụ các đầu cuối di động, nói chung có dung lượng thấp Khả năng di động là ưu thế lớn nhất của các hệ thống này.

Các hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt đất (terrestrial radio-relay) có dung lượng từ thấp tới cao, có khả năng thay thế tốt các tuyến cáp đồng trục trong các mạng nội hạt lẫn đường trục Với thời gian triển khai tương đối thấp, tính cơ động của các hệ thống

vô tuyến tiếp sức mặt đất hơn hẳn một số loại hệ thống khác Một ưu điểm nữa của các

hệ thống này là rất dễ triển khai, ngay cả trong các điều kiện địa hình gây nhiều trở ngại cho việc triển khai các loại hệ thống dung lượng cao khác như trong các đô thị, hoặc qua các vùng có địa hình rừng núi với cự ly chặng liên lạc lên đến 70 km, trung bình là từ 40 dến 45 km.

+ HTTT quang sợi (fiber-optic) với môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang học (gọi tắt là cáp quang).

Hệ thống cáp quang có dung lượng lớn nhất, giá rẻ (theo chi phí tính trên kênh thoại) do đó thường được sử dụng làm đường trục quốc gia, xuyên quốc gia, xuyên lục địa Nhược điểm cơ bản của HTTT cáp quang là khả năng cơ động hệ thống kém, chi phí lắp đặt ban đầu khá cao, vì vậy trong một số trường hợp cụ thể thì việc triển khai được xem là rất khó khăn.

+ HTTT vô tuyến làm việc trong giải tần số từ 60MHz trở xuống.

1.2 Hệ thống thông tin vi ba

Từ tiếng Anh microwave có nghĩa là sóng cực ngắn hay vi ba theo cách dịch qua tiếng Trung Quốc Từ vi ba được sử dụng chung cho các hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song ở nước ta từ viba đã được sử dụng từ trước chỉ để chỉ các

hệ thống vô tuyến tiếp sức Do đó, hiện nay trong các tài liệu kỹ thuật của ta, nói vi ba là nói tới hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt đất.

Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những năm 30 của thế

kỷ trước tuy nhiên lúc bấy giờ do khó khăn về mặt kỹ thuật nên chỉ làm việc ở dải sóng mét do vậy ưu điểm của thông tin siêu cao tần chưa được phát huy Năm 1935 đương thông tin VTTS đầu tiên được thành lập ở Newyooc và Philadenphi chuyển tiếp qua 6 địa điểm và chuyền được 5 kênh thoại Và TTVTTS bùng nổ sau chiến tranh thế giới lần

thứ hai Hệ thống vi ba số bắt đầu hình thành từ đầu những năm 50 và phát triển mạnh

mẽ cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thông.

Hệ thống vi ba (microwave link): là hệ thống truyền thông tin giữa 2 điểm bằng sóng

vô tuyến cực ngắn.

Hình 1.1 Sơ đồ một tuyến vi ba đơn giản

Hình 1.2 Mô hình của một hệ thống thông tin vi ba gồm nhiều trạm chuyển tiếp

1.2.1 Dải tần số của các hệ thống vi ba:

Tổng quan về phân chia các băng tần

Băng tần Ký hiệu Đặc tính lan truyền Phạm vi ứng dụng 3-30KHz

(Chục km) Tần số rất thấp (VLF) - Sóng mặt đất - Lan truyền cự ly xa

- Mức tạp nhiễu khí quyển lớn

ứng dụng nhiều cho thông tin dưới nước (solar)

- Suy hao thấp ban đêm cao vào ban ngày

- Tạp khí quyển

Vô tuyến và định vị hàng hải, các tần số cho cứu hộ và vô tuyến quảng bá AM

3-30MHz

(Chục mét) Tần số cao (HF) Phản xạ tầng điện ly thay đổi theo thời gian

trong ngày, mùa và tấn số

Vô tuyến nghiệp dư; phát sóng quốc tế; thông tin quân sự, hàng không đường dài 30-300MHz

(mét) Tần số rất cao (VHF) Lan truyền theo tần nhìn thẳng (LoS) Truyền hình VHF, phát thanh FM, thông tin

đạo hàng AM, thông tin

vi ba 0,3-3GHz

(dm) Tần số cực cao UHF Lan truyền theo tầm nhìn thẳng Truyền hình UHF, radar, thông tin vi ba 3-30GHz

(cm) Tần số siêu cao (superhigh

frequency-SHF)

Lan truyền Los, suy hao nhanh theo lượng mưa, suy hao khí quyền do ôxi

và hơi nước, hấp thụ hơi

Thông tin vệ tinh, thông tin vi ba.

10 3 -10 7 GHz Hồng ngoại, ánh

sáng nhìn thấy và tia cực tím

Thông tin siêu cao tần làm việc ở dải sóng cực ngắn dùng để truyền tín hiệu có dải tần rộng Về lý thuyết, giải sóng dùng cho các hệ thống vi ba là từ 60MHz cho tới 60/80GHz Trong thực tế, đối với các hệ thống vi ba ở dạng thương phẩm thường làm việc trên giải sóng từ 60MHz đến 20 GHz, các hệ thống công tác với giải tần số cao hơn (60á80 GHz) hiện vẫn đang còn trong giai đoạn thử nghiệm

Hệ thống thông tin siêu cao tần làm việc ở dải tấn số 60 MHz ÷ 80 GHz do có dải tần làm việc rất rộng và cao so với thông tin cao tần vì vậy được sử dụng làm phương tiện truyền dẫn chính trong viễn thông công cộng siêu ngắn

siªu cao

C f

λ =

siªu cao,siªu ng¾n

→ λ

Trong hệ thống thông tin siêu cao tần bao gồm:

+ Hệ thống thông tin vi ba là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp được đặt trên mặt đất.

+ Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp được đặt trên vệ tinh nằm ngoài quả đất.

+ Thông tin di động là giao tiếp viễn thông giữa máy di động MS với trạm thu phát gốc BTS cũng làm việc ở dải sóng siêu cao tần.

+ Hầu như không bị can nhiễu khí quyển và công nghiệp

+ Trong dải sóng SCT dễ dàng tạo ra các hệ thống anten có tính định hướng cao, búp sóng hẹp nhờ vậy máy phát có thể giảm công suất và trên cùng một phạm vi ta có thể triển khai nhiều hệ thống cùng làm việc mà không gây nhiễu lẫn nhau.

+ Triển khai nhanh và giá thành rẻ hơn so với các hệ thống thông tin dùng cáp (cáp quang hoặc cáp đồng trục) vì việc triển khai hệ thống cáp là rất tốn kém và trong khu vực đông dân cư có nhiều công trình xây dựng thì việc triển khai một hệ thống cáp

là rất khó khăn.

+ Dễ dàng quản lý vì hệ thống vi ba chỉ giới hạn quản lý trong phạm vi của trạm

vô tuyến dọc theo trục (trong khi đó hệ thống cáp phải quản lý toàn bộ tuyến cáp và đặcbiệt phải đối đầu với nguy cơ đứt cáp).

+ Dải sóng SCT có nhược điểm là chỉ truyền được chắc chắn trong tầm nhìn thẳng cự ly không quá 50 km Vì vậy khi muốn thông tin đi xa cần thực hiện chuyển tiếp nhiều lần.

+ Có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cáp quang và hiện nay ở đường trục chỉ còn sử dụng ở những khu vực chưa kéo được cáp quang do địa hình phức tạp.

+ Chịu tác động của đường truyền: hấp thụ do hơi nước và ôxi, suy hao do mưa

và hiện tượng pha đinh đặc biệt đối với các hệ thống băng rộng phải chịu tác động của pha đinh đa đường chọn lọc theo tần số.

1.3 Phân loại

- Có nhiều phương pháp, căn cứ để phân loại:

+ Theo dung lượng (tốc độ bít tổng cộng B ở đầu vào) các hệ thống vi ba số được phân thành:

+ Các hệ thống dung lượng thấp: B<10 Mb/s;

+ Các hệ thống dung lượng trung bình: B ẻ(10á100 Mb/s);

+ Các hệ thống dung lượng cao: B>100 Mb/s.

+ Theo cự ly liên lạc (haul)

+ Tuyến dài (cự ly liên lạc lớn hon 400km): thường là những đường trục có dung lượng lớn so sánh được với cáp quang Dải tần được sử dụng rộng rãi từ 4 đến 6 GHz

+ Tuyến ngắn (cự ly liên lạc dưới 400km): dung lượng thấp, thông thường 1DS1, 4DS1, 1E1, 4E1 dùng để nối các trung tâm chuyển mạch di động Dải tần thường sử dụng khoảng 15 GHz vì ở dải tần này cho phép thu gọn kích thước của an ten và thiết bị Do chặng ngắn nên không cần phân tập để chống lại hiện tượng pha đing Nguyên nhân gây gián đoạn liên lạc chủ yếu gây do mưa nên cần có hệ số khuyếch đại lớn và chặng ngắn Với chặng lớn hơn thường sử dụng dải tần L6GHz, U6GHz hoặc 11GHz dung lượng thấp Dải tần này không chịu ảnh hưởng pha đing do mưa nên có thể bảo đảm cự

ly liên lạc xa hơn.

- Căn cứ phân loại theo mục đích sử dụng:

+ Hệ thống viễn thông riêng ( nội bộ ) là mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng, nội bộ của các cơ quan, đơn vị không dùng để kinh doanh.

+ Hệ thống viễn thông công cộng: là hệ thống giành cho mọi đối tượng sử dụng

và sử dụng để kinh doanh, yêu cầu chất lượng cao, thuận tiện, đơn giản, dễ sử dụng.

- Căn cứ phân loại theo quy mô của mạng:

+ Mạng nội hạt: phục vụ cho 1 khu vực địa lý, khu vực dân cư ( tỉnh, thành phố) + Mạng quốc gia ( mạng liên tỉnh) phục vụ thông tin giữa các vùng, các khu vực, các tỉnh thành.

+ Mạng quốc tế: dùng để phục vụ thông tin giữa các nước.

- Căn cứ phân loại theo địa lý:

+ Mạng viễn thông nông thôn: mật độ thưa, không tập trung.

+ Mạng viễn thông thành phố: mật độ dày đặc, tập trung nhiều.

- Căn cứ phân loại theo phương pháp xử lý truyền dẫn tín hiệu:

+ Hệ thống viễn thông tương tự

+ Hệ thống viễn thông số.

Chủ yếu đi vào viễn thông công cộng, viễn thông số.

1.4 Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba:

Đối với các hệ thống thông tin số hiện tại, các tín hiệu số là các tín hiệu nhận giá trị trong tập hữu hạn các giá trị có thể có và có thời gian tồn tại hữu hạn Khi tập các giá trị có thể có của tín hiệu gồm hai phần tử 0 và 1 thì hệ thống được gọi là nhị phân và tín hiệu khi đó được gọi là bít Gọi giá trị của bít thứ k là D k và thời gian tồn tại của nó là T k

(T k =T và là hằng số với mọi k) Ở đầu thu tín hiệu khôi phục lại là và có độ rộng là

k , nếu k ạ D k thì tín hiệu thứ k được gọi là bị lỗi, nếu k ạ T tín hiệu thứ k được gọi là có

k

D∧

jitter Cũng như các hệ thống truyền dẫn số khác, chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi

ba số là xác suất bít lỗi và jitter (rung pha hay còn được gọi là trượt trong một số tài liệu) Xác suất lỗi bít BER (Bit-Error Ratio) được định nghĩa là:

BER=P{ k ạ D k }, với P{.} là xác suất (1.1)

Khi k = T+dT thì được gọi là jitter (1.2)

Tuỳ từng loại dịch vụ mà các hệ thống có các đòi hỏi khác nhau về BER và jitter Đối với các hệ thống truyền thoại, yêu cầu BER<10 -6 và do thoại ít nhạy với jitter nên có thể cho phép jitter khá cao Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử dụng điều chế xung mã (PCM) thường thì BER đòi hỏi cũng như đối với thoại song cần lưu ý là tốc độ truyền với truyền hình là khá cao Khi sử dụng ADPCM (Adaptive Differential Pulse Coded Modulation: Điều chế xung mã vi sai tự thích nghi) để truyền hình thì yêu cầu BER<10 -9 , thậm chí còn yêu cầu tới BER<10 -12 Nói chung các tín hiệu truyền hình rất nhạy cảm với jitter Nhìn chung khi BER³10 -3 thì hệ thống được xem như gián đoạn liên lạc Jitter được xem là lớn nếu lớn hơn 0.05T (giá trị đỉnh-đỉnh)

Thực tế người ta còn sử dụng một số thông số chất lượng dẫn xuất khác như các giây không lỗi, các giây bị lỗi, các giây bị lỗi trầm trọng, các phút suy giảm chất lượng

để đánh giá hệ thống vi ba số.

Giây bị lỗi (Errored Second) là những khoảng 1s mà trong đó có ít nhất một bít lỗi

Tỷ số giây bị lỗi (Errored Second Ratio) =

Giây bị lỗi trầm trọng (Severely Errored Second) là những khoảng 1s mà BER>10 -3

Tỷ số giây bị lỗi trầm trọng (Severely Errored Second Ratio) =

Các phút suy giảm chất lượng là những khoảng thời gian 1 phút trong đó BER > 10 -6

Tính không khả dụng của hệ thống là khoảng thời gian không thể làm việc được, bắt

đầu khi BER >10 -3 trong mỗi giây và kéo dài 10 s liên tiếp (10 s này là khoảng thời gian không làm việc được) Thời gian không làm việc được kết thúc khi BER <10 -3 trong mỗi giây và kéo dài liên tiếp trong 10s.

Tiêu chuẩn với hệ thống thực

• Đối với tuyến có cự ly L<280 km

- Phút suy giảm chất lượng < 0,045% thời gian 1 tháng bất kỳ

- Giây lỗi trầm trọng < 0,006% thời gian của tháng bất kỳ

• Đối với tuyến có cự ly 280km<L<2500 km

- Phút suy giảm chất lượng < (L/2500)x 0,4% thời gian 1 tháng bất kỳ

- Giây bị lỗi trầm trọng < (L/2500)x 0,054 % thời gian của 1 tháng bất kỳ

• Chỉ tiêu về độ khả dụng của hệ thống L < 600 km là 0,06 (L/600) %

1.5 Các kiểu mô hình kết nối của hệ thống:

1.5.1 Vỉ ba số điểm nối điểm.

Mạng vi ba sổ điểm nổi điểm hiện nay được sử dụng phổ biến Trong các mạng đường dài thường dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhở hơn như từ tỉnh đến các huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình vi ba số điêm - điêm dung lượng trung

'

s T

s ER

∑

∑

)(

'

s T s SER

bình hoặc cao nhằm thỏa mãn nhu cầu của các thông tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu Ngoài ra, trong một số trường hợp vi ba dung lượng thấp là giải pháp hấp dẫn đế cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng thông tin di động

1.5.2 Vi ba số điểm nối nhiều điểm.

Mạng vi ba số này ngày càng trở thành phổ biến, nó bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một anten đẳng hướng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao quanh Neu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi ( bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hon thì sẽ sử dụng các trạm lặp đổ đưa tín hiệu đến các trạm ngoại vi Từ đây, thông tin sẽ được truyền đến các thuê bao Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thê đặt ngoài trời, trên cột v.v mỗi trạm ngoại vi có thê được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế Khi mật độ cao có thê bổ sung thêm thiết bị, được thiết kế đề hoạt động trong các băng tần 1,5GHz - 1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh.

Hình 1.3 : Mô hình kết nối viba điểm nối đa điểm

1.6 Ứng dụng của vi ba:

- Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số

- Các đường truyền dẫn nối giữa tổng đài chính đến các tổng đài vệ tinh.

- Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính.

- Các hệ thống vi ba lưu động

- Đưa thông tin đến vùng sâu, vùng xa mà không thể thi công bằng cáp.

Chương 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG VI BA 2.1 Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống vi ba số:

2.1.1 Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế:

Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát:

Nhiệm vụ:

- Biến đổi tín hiệu băng gốc thành tín hiệu dạng sóng

- Chuyển đổi tín hiệu lên băng tần công tác

- Khuếch đại tín hiệu, hạn chế phổ tín hiệu và bức xạ qua an ten.

Hình 2.1 Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát.

Chức năng:

Đối với hệ thống viba số tín hiệu vào tuyến phát bao gồm dữ liệu dưới dạng số được đưa đến từ tổng đài hoặc từ trạm viba số khác.

- Mã hoá: Mã hoá kênh nhằm sửa lỗi bằng cách đưa vào một lượngthông tin dư.

- Khối điều chế ánh xạ từ tín hiệu số băng gốc thành tín hiệu dạng sóng: Các dạng

điều chế cơ bản FSK, PSK, QAM Z

FSK : + Khụng nhạy cảm với mộo biờn độ

+ Thiết bị đơn giản.

+ Hiệu quả phổ thấp PSK và QAM hiệu quả phổ phụ thuộc vào mức điều chế M

Hiệu quả phổ tăng k=log2(M) lần

Khi M=4 thỡ 4-PSK và 4-QAM như nhau

Khi M=8 thường sử dụng 8-PSK

Khi M>8 thường sử dụng M-QAM

Cỏc bộ lọc phỏt được lắp ngay sau bộ điều chế quyết định phổ tần của kờnh Thụng thường là bộ lọc cosine nõng với hệ số uốn lọc α từ 0.2 đến 0.7.

- Bộ trộn tần nhằm đưa tớn hiệu lờn băng tần cụng tỏc Tuỳ thuộc tần số cụng tỏc mà

hệ thống cú thể thực hiện trộn nhiều lần hoặc thực hiện điều chế ngay ở cao tần Tuy sơ

đồ điều chế trực tiếp từ cao tần nhưng chỉ được sử dụng ở những thiết bị cú tần số cụng tỏc thấp khoảng 1 GHz vàđiều chế FSK do nhược điểm của sơ đồ này là khú đạt được một đặc tuyến điều chế tuyến tớnh và hơn nữa tần số trung tõm của mỏy phỏt khụng ổn định Khi điều chế ở trung tần yờu cầu đối với tần số trung tần là f tt > 3Rb (Rb là tốc độ của luồng số liệu)

- Khuếch đại cụng suất: Cú thể dựng đốn súng chạy (TWT) hoặc bỏn dẫn Arsenide (GaAs FET) cho ra cụng suất khoảng vài W Thụng thường sau bộ khuếch đại cụng suất thường lắp một mạch lọc phụ nhằm hạn chế sự mở rộng phổ do tớnh phi tuyến của bộ khuếch đại.

Gallium Hệ thống an ten phidơ được sử dụng để dẫn súng và bức xạ súng điện từ vào mụi trường Dõy phi đơ thường gõy ra một lượng tổn hao nhất định tỷ lệ với độ dài của phiđơ An ten thường cú dạng parabol cú tớnh định hướng cao và độ tăng ớch lớn khoảng vài chục dBi.

Hỡnh 2.2 Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu

Tuyến thu

Nhiệm vụ:

- Thu nhận và chuyển đổi tín hiệu thu đợc về trung tần

- Chuyển đổi thành tín hiệu băng gốc

- Khôi phục xung clock

Chức năng:

Ở tuyến thu, tín hiệu thu đợc đa đến máy thu để chuyển đổi tín hiệu thu đợc về tần số trung tần Máy thu thực chất là một thiết bị xử lý tín hiệu cao tần bao gồm một khối khuếch đại cao tần và các bộ trộn tần

Bộ khuếch đại tín hiệu cao tần có tác dụng tăng độ nhạy máy thu (Giải thích)

Các bộ trộn tần kết hợp với các bộ lọc thông giải biến đổi tín hiệu siêu cao tần thu đợc về tần

số trung tần Tuỳ theo yêu cầu chất lợng và dải tần công tác máy thu có thể thực hiện đổi tần 1 lần hoặc nhiều lần nhằm loại bỏ các tần số nhiễu ảnh, nhiễu trung gian và nhiễu lân cận (Giải thích)

Tín hiệu trung tần sẽ đợc đa vào bộ giải điều chế để chuyển từ tín hiệu dạng sóng về tín hiệu

số Trên cơ sở của chuỗi tín hiệu số băng gốc sau khối giải điều chế, tín hiệu xung clock đ ợc khôi phục và cung cấp cho các khối tái tạo xung và khối giải mã để thu đợc dữ liệu nh đã phát đi

ở đầu phát.

Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế:

Hình 2.3 Sơ đô khối tuyến thu phát của trạm đầu cuối.

Một trạm đầu cuối bao gồm các thành phần: phần xử lý tín hiệu băng gốc, phần vô tuyến, phần nghiệp vụ và phần hệ thống phi-đơ/ăng-ten nh trên (hình 2.15) Tín hiệu nghiệp vụ đợc truyền đi bằng việc thêm vào chức năng điều chế tần số vào bộ tạo dao động chủ sóng phần phát Phía thu sẽ thực hiện giải điều chế tần số để thu đợc tín hiệu điều khiển xa Nhờ hệ thống điểu khiển ra lệnh từ xa cho phép các trạm đầu cuối có thể điều khiển đợc các trạm trung gian mà ở đó không có ngời phục vụ Khối chuyển mạch dự phòng nhận tín hiệu điều khiển chuyển mạch từ khối điều khiển chất lợng Khi chất l- ợng hệ thống giảm xuống quá một ngỡng cho phép hoặc gián đoạn liên lạc thì hệ thống đợc điều khiển

để chuyển sang kênh dự phòng nhằm tăng độ khả dụng của hệ thống.

2.1.2 Sơ đồ khối trạm trung gian:

Nhiệm vụ của trạm trung gian

- Khuếch đại tớn hiệu nhằm bự lại những tiờu hao trờn đường truyền

- Dịch tần số nhằm trỏnh hiện tượng tự kớch (tớn hiệu phỏt lọt vào đầu thu)

- Tỏi tạo tớn hiệu số băng gốc, loại bỏ tạp õm tớch luỹ Chức năng này khụng nhất thiết phải cú ở tất cả cỏc trạm trung gian.

Cú những sơ đồ của trạm trung gian như sau:

 Mỏy thu và mỏy phỏt thực hiện chuyển đổi tần số, tớn hiệu cao tần được chuyển đổi về tần số trung tần ở mỏy thu Tớn hiệu được giải điều chế để chuyển tớn hiệu thu được thành tớn hiệu số băng gốc sau đú được đưa đờn khối tỏi tạo xung nhằm gạt bỏ tạp õm tớch luỹ Tớn hiệu đầu ra của khối tỏi tạo xung được đưa được đưa vào khối điều chế để chuyển tớn hiệu băng gốc thành tớn hiệu dạng súng Tại mỏy phỏt sẽ thực hiện việc chuyển đổi tớn hiệu trung tần thành tớn hiệu cao tần và bức

xạ ra anten Đõy là sơ đồ trạm trung gian phổ biến sử dụng cho những hệ thống

cú dung lượng trung bỡnh và cao

Hình 2.4 Máy thu phát đổi tần với bộ tái tạo tín hiệu trung tần

 Máy thu thực hiện chuyển đổi tần số cao tần thành tín hiệu trung tần và giải điều chế

nhằm thu đợc tín hiệu tín hiệu số băng gốc Tại máy phát thực hiện điều chế trực tiếp tại cao tần và phát ra an ten Sơ đồ trạm trung gian đợc thể hiện trên hình vẽ 3.1 th-ờng đợc áp dụng cho những hệ thống dung lợng nhỏ và làm việc ở tần số cao hơn

Hình 2.5 Máy thu đổi tần với bộ tái tạo tín hiệu trung tần/băng gốc và máy phát

điều chế trực tiếp

 Tại trạm trung gian không thực hiện việc tái tạo xung, giải điều chế và điều chế Máy thu thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu về trung tần và chuyển sang máy phát Tại máy phát lại chuyển đổi tần số tín hiệu trung tần lên tần số tần số cao tần tơng ứng với phân hoạch tần số với việc sử dụng trạm trung gian theo sơ đồ hình 3.1 hệ thống thông tin cho phép sử dụng chung kênh dự phòng với hệ thống vô tuyến tơng

tự và cắt giảm những thiết bị cần thiết

Hình 2.6 Trạm trung gian dịch chuyển tần số, không có bộ tái tạo tín hiệu

 Trạm trung gian không thực hiện tái tạo tín hiệu và dịch chuyển tần số Về bản chất trạm trung gian nh hình vẽ 3 là một bộ khuếch đại tín hiệu cao tần có băng tần giới hạn cho mỗi hớng truyền dẫn

Hình 2.7 Trạm trung gian không dịch chuyển tần số

2.2 Cỏc phương ỏn tần số:

2.2.1 Kế hoạch bố trớ tần số cho cỏc trạm đa luồng vụ tuyến

a Phương ỏn luõn phiờn:

Mỗi 1 kờnh cao tần sử dụng phương ỏn 2 tần số Toàn bộ hệ thống bao gồm cỏc tần số thu và phỏt xen kẽ nhau

Hình 2.8 Hệ thống 3 kênh cao tần phải sử dụng 6 tần số Kênh cao tần 1 sử dụng f 1 , f 2

Kênh cao tần 1 sử dụng f 3 , f 4

Kênh cao tần 1 sử dụng f 5 , f 6

Các tần số f 1 , f 3 , f 5 là các tần số thu hoặc phát

Các tần số f 2 , f 4 , f 6 là các tần số phát hoặc thu.

+ Kế hoạch luân phiên (Interleaved Plan)

Hình 2.8 Kế hoạch tần số luân phiên.

+ Kế hoạch tái dụng tần số (Co-channel Plan)

Hìn

h 2.9 Kế hoạch có tái dụng tần số.

Trong kế hoạch tái sử dụng tần số mỗi kênh được sử dụng hai lần nhờ sự phân biệt phân cực chéo giữa hai phân cực Trong kế hoạch luân phiên tần số các kênh được thêm vào giữa các kênh cùng phân cực Kế hoạch luân phiên tần số thuận lợi hơn khi thiết kế các bộ lọc phân biệt độ phân cực chéo

Khoảng cách giữa các kênh XS là khoảng cách giữa các kênh lân cận cùng phân cực

S là tốc độ symbol và X là khoảng cách kênh được chuẩn hoá theo tốc độ symbol Tương ứng như vậy Y và Z là băng tần bảo vệ trung tâm và ở hai đầu băng tần được chuẩn hoá Việc lựa chọn kế hoạch tần số nào hoàn toàn phụ thuộc vào độ nhạy của hệ thống

với nhiễu Nhìn chung kế hoạch tái sử dụng tần số có hiệu quả sử dụng phổ cao hơn nhưng việc việc sử dụng kế hoạch tái sử dụng tần số thường được sử dụng rộng rãi trong những hệ thống các chặng ngắn (20-30km) với những dạng điều chế đơn giản như QPSK (đây là dạng điều chế có tính chống nhiễu cao) Tuy nhiên việc sử dụng kế hoạch tái sử dụng tần số ở những chặng dài hơn và những dạng điều chế phức tạp là không khả thi

Nhận xét: Các tần số phát và các tần số thu xen kẽ nhau

Các tần số phát có công suất lớn, các tần số thu có công suất nhỏ cho nên không thể sử dụng 1 ănten để thu và phát tín hiệu theo 1 hướng vì như vậy tín hiệu phát sẽ ảnh hưởng đến tín hiệu thu Mà mỗi 1 hướng tải sử dụng 2 anten để phát và thu riêng biệt.

Tại trạm trung gian lúc này phải sử dụng 4 anten 4 anten này thì phải dùng bộ lọc để ghép các máy thu vào 1 anten và các máy phát vào 1 anten

- Ưu điểm: yêu cầu với bộ lọc ghép đơn giản ( các tần số ở xa nhau sẽ dễ lọc hơn các tần số ở xa nhau)

- Nhược điểm: Số anten sử dụng nhiều, 1 trạm trung gian phải có 4 anten nên hiệu quả kinh tế thấp.

Ưu điểm: Số anten sử dụng ít, hiệu quả kinh tế cao

Nhược điểm: Yêu cầu với bộ lọc phát phức tạp vì khoảng cách giữa các tần số thu và tần số phát gần nhau.

→ Phương án này thường được sử dụng ở các tuyến thông tin có cự ly dài , tiết kiệm được rất nhiều anten.

2.2.2 Bố trí tần số cho trạm lặp:

+ Kế hoạch 2 tần số: Tại một trạm lặp (A) sử dụng 2 tần số sóng mang cho liên lạc hai

hướng Máy thu trên cả hai hướng cùng làm việc trên tần số f 1 , trong khi đó máy phát trên cả hai hướng công tác trên cùng tần số f 2 (xem hình 1.7)

Hình 2.11 Phương án bố trí 2 tần số.

+ Kế hoạch 4 tần số: Tại một trạm lặp (A), theo một hướng thu trên tần số f 1 phát trên tần số f 2 , theo hướng ngược lại thu trên tần số f 3 phát trên tần số f 4 (xem h1.8).

Hình 2.12 Phương án bố trí 4 tần số.

Đối với phương án bố trí 4 tần số thì thiết bị trạm phức tạp hơn do phải làm việc trên

4 tần số song bù lại xuyên nhiễu giữa các hướng thu-phát rất nhỏ.

2.3 Hiệu quả phổ của hệ thống viba số:

Khái niệm hiệu quả phổ của hệ thống vi ba số được phân biệt với độ rộng băng tần

mà trên đó là sóng mang đã được điều chế không tính đến ảnh hưởng của các can nhiễu nội bộ hệ thống và nhiễu giữa các hệ thống Thông thường được xác định qua tỷ số giữa tốc độ truyền dẫn và độ rộng băng tần.

E=R/B [bit/s/Hz]

Trong đó R là dung lượng truyền dẫn tính theo bit/s

B là độ rộng băng tần

2.3.1 Hiệu quả phổ với các trạm đa luồng

Tuy nhiên trong trường hợp đối với các trạm đa luồng có kế hoạch tần số gồm có N kênh “go” và N kênh “return”, khoảng cách kênh là XS, và đô rộng băng tần tổng cộng là

B thì hiệu quả sử dụng phổ phải tính đến tổn hao do các băng tần bảo vệ:

Trong đó

A- tốc độ số liệu truyền trong mỗi kênh

b - độ rộng băng tần của kênh đó

k 1 cho ta thấy độ lấp đầy trên băng tần và k 2 thể hiện sự tổn hao hiệu quả phổ do băng tần bảo vệ Ta có thể viết lại như sau

RN la tốc độ truyền thông tin tổng cộng của hệ thống trên một hướng và 0.5B là độ

XS b k b R

E n = / ; 1 = / ; 2 = /0.5

B RN B NXS XS b b R

E =( / )( / )( /0.5 )= /0.5

rộng băng tần đã sử dụng tương ứng.

2.3.2 Hiệu quả phổ của kênh vô tuyến số:

Tốc dộ của hệ thống viba số được chuẩn hóa theo những khuyến nghị G.702, G.703

và G.704 cho hệ thống phân cấp số cận đồng bộ và khuyến nghị G.707, G.708 và G.709 cho hệ thống phân cấp số đồng bộ (SDH hoặc SONET) Tốc dộ bít f b bao gồm DS1 (1,544 Mbps) DS3 (44.736 Mbps), E1 (2,048 Mbps) và E3 (34,368 Mbps), STS1 hoặc Sub-STM1 (51,84 Mbps) và STM-1 (155,52Mbps) Tốc độ bít được truyền thực tế f br qua hệ thống viba số thường cao hơn khoảng 6% (f br = 1.06 f b ) so với tốc độ chuẩn hóa do sự thêm vào các bít thông tin phục vụ cho mã sửa sai và những thông tin phụ trợ khác phục vụ cho công tác quản trị nội bộ hoặc để thực hiện ghép kênh vô tuyến theo chuẩn riêng

Để tăng hiệu quả sử dụng băng tần thường dùng những dạng điều chế nhiều mức Dạng điều chế thông dụng nhất là điều chế M-QAM trong đó M là số mức điều chế hay số trạng thái của dạng điều chế trên mặt phẳng Constellation của tín hiệu Giả thiết bộ lọc cosin nâng có hệ số uốn lọc là ỏ (0<ỏ<1) chúng ta có thể tính toán độ rộng băng tần cần thiết như sau:

Khi đó hiệu quả sử dụng phổ của kênh được biểu diển theo công thức sau:

Thông thường yêu cầu hiệu suất của kênh là 2b/s/Hz

2.4 Các kiểu điều chế phổ biến của hệ thống

- Đê có thế truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều chế số.

- Điều chế số là kỳ thuật gắn thông tin số vào dao động hình sine (sóng mang), làm cho sóng mang có thể mang thông tin cần truyền đi.

- Ta cũng có thể hiểu: điều chế số là sử dụng thông tin sổ tác động lên các thông số của sóng mang, làm cho các thông sổ của sóng mang biến thiên theo quy luật của thông tin.

- Đê có thế truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều chế số.

x(t) = A cos(27lf c t + Ị})

- Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin : là biên độ (A), tần số (fc) và góc pha (Ị)).

- Do đó, ta có thê tác động lên một trong 3 thông sô của sóng mang đê có các phương pháp điều chế tương ứng.

- Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông số của sóng mang để có phương pháp điều chế kết họp.

Các phương pháp điều chế số

Có các phương pháp điều chế sau :

■ Amplitude - shift keying (ASK) : điều chế khóa - dịch biên độ.

■ Frequency - shift keying (FSK) : điều chế khóa - dịch tần số.

■ Phase - shift keying (PSK) : điều chế khóa - dịch pha.

■Quadrature Amplitude Modulation (QAM) : điều chế biên độ cầu phương, đây là phương pháp kết hợp giữa ASK và PSK

M f

B RF = br(1+α)/log2

)1/(

log

η = f br B rf = M +

2.4.1 Điều chế ASK ( 2 ASK)

- Mức thấp nhất là ASK hai mức (2 ASK)

- Bit 1 nhị phân được biêu diễn bằng một sóng mang có biên độ là hằng số.

- Bit 0 nhị phân: không xuất hiện sóng mang.

Dạng tín hiêu 2 - ASK

Hình 2.14 Tín hiệu ASK hai mức

Ta có thề tạo ra được 4 ASK, 16 ASK tuy nhiên các loại điều chế này có khả năng chống nhiễu kém.

3.1 Ảnh hưởng của nhiễu:

Xác suất lỗi của một hệ thống số bị ảnh hưởng của tạp âm và can nhiễu Tín hiệu thu được có thể viết dưới dạng tổng quát như sau:

∑

=

++

i

k k

i n s y

Trong đó s là tín hiệu; n là tạp âm; i k là can nhiễu thứ k;

Khi tồn tại song song các hệ thống vô tuyến tương tự và vô tuyến số sẽ gây ra vấn đề can nhiễu giữa các hệ thống:

+ Can nhiễu số đến số.

+ Can nhiễu tương tự đến số

+ Can nhiễu số đến tương tự.

Một hệ thống số có tính chất chống nhiễu từ các nguồn khác cao hơn hệ thống tương tự cùng tính năng Yêu cầu tỷ số sóng mang trên nhiễu C/I (carrier to interference ratio) từ

15 đến 20 dB tuỳ thuộc vào dạng điều chế Những loại điều chế chống nhiễu cao nhất PSK, 4-PSK Còn O-QPSK nhạy cảm với nhiễu hơn hệ thống FM, 8-PSK, 16-QAM, … và nó yêu cầu C/I lớn hơn

2- Phân loại nhiễu:

Định nghĩa độ phân biệt phân cực chéo (XPD) là tỷ số giữa công suất thu được trên một phân cực khi phát trên cùng phân cực đó và công suất thu được trên phân cực đối diện

Pxp

Pcp XPD=10log

3.1.2 Nhiễu kênh lân cận

Nhiễu kênh lân cận là nhiễu từ các kênh cao tần có cùng phân cực nhưng ở tần số lân cận Nhiễu này có quan hệ chặt chẽ đến việc chọn khoảng cách giữa các kênh Nhiễu kênh lân cận cũng có thể gây ra bởi các hệ thống số và tương tự khác như hệ thống vi

ba tương tự, thông tin vệ tinh:

3.2 Ảnh hưởng của môi trường

3.2.1 Truyền sóng trong không gian tự do.

Đường truyền vô tuyến tầm nhìn thẳng ở dải sóng SCT bị ảnh hưởng bởi khí quyển

và khoảng cách giữa hai trạm Không gian tự do là môi trường truyền sóng lý tưởng Trong thực tế không tồn tại môi trường truyền sóng là không gian tự do Chỉ có các kênh thông tin giữa các vệ tinh có thể coi như là gần với không gian tự do Tuy vậy các kết quả nghiên cứu truyền sóng trong không gian tự do là cơ sở để phát triển nghiên

cứu truyền sóng trong tầng khí quyển gần mặt đất Tổn hao truyền dẫn cơ bản trong không gian tự do là tổn hao truyền dẫn nếu an ten được thay bằng anten đẳng hướng, đặt trong một môi trường điện môi hoàn hảo đòng nhất đẳng hướng và vô hạn với các khoảng cách giữa các anten giữ nguyên Khi đó tổn hao truyền dẫn sóng vô tuyến từ điểm phát đến điểm thu trong không gian tự do được tính theo công thức sau:

(2.1)

ở đây d và l tương ứng là độ dài tia và độ dài bước sóng được tính cùng một loại đơn

vị L thông thường được diễn đạt bằng dB dưới dạng:

L = 32,4 + 20 lg (f MHz d km ) (2.2) Không gian giới hạn năng lượng truyền từ ăng-ten phát tới ăng-ten thu là các đới Fresnel có dạng elipsoid như trên hình vẽ 2.1.

3.2.2 Hấp thụ của các phân tử khí

Khí quyển gần mặt đất được cấu thành từ các phân tử khí như ôxi, nitơ, hơi nước , dải tần vi ba do có bước sóng nhỏ nên các phần tử khí trong khí quyển hấp thụ một phần đáng kể năng lượng sóng điện từ.

Khí ôxi hấp thụ một phần năng lượng sóng vi ba, sự hấp thụ này tương đối nhỏ và phụ thuộc vào tần số Hơi nước và mù cũng hấp thụ một phần đáng kể năng lượng sóng điện từ, nhất là sóng có tần số cỡ 20GHz trở lên.

Việc xác định các tiêu hao đặc trưng có thể xác định được dựa trên biểu đồ hình 12 Tiêu hao gây ra bởi õy và hơi nước được xác định theo công thức sau:

d là độ dài đường truyền (km).

ó o , ó w là tiêu hao đặc trưng của ôxy và hơi nước (dB/km).

3.2.3 Sự phản xạ sóng điện từ

Các ăng-ten làm việc trong hệ thống vi ba đều có khả năng định hướng cao Tuy nhiên chùm tia bức xạ từ ăng-ten cũng chỉ ở dạng hình nón tròn xoay với một góc mở trên giản đồ hướng nào đó Giả sử với các góc mở hẹp từ 1 0 - 2 0, với cự ly liên lạc một chặng từ 40 - 50 km, thì tại điểm thu năng lượng chùm tia sóng điện từ cũng trải ra khá rộng (cỡ từ 0,7 - 1,4 km) và độ cao của tháp là rất nhỏ so với phạm vi trải rộng của năng lượng điện từ.

Vì vậy trong quá trình truyền dẫn sóng từ điểm phát tới điểm thu, một phần năng lượng sóng vô tuyến sẽ gặp mặt trái đất và do mặt đất có tính chất phản xạ sóng, nên trong các tia phản xạ sẽ có tia đến được điểm thu Trong trường hợp tia phản xạ này có cùng pha với tia trực tiếp, thì tín hiệu thu được tăng cường Tuy nhiên khi tia phản xạ

có pha sai khác pha tín hiệu của tia trực tiếp, thì tín hiệu thu sẽ bị suy yếu Trong trường hợp tia phản xạ là ngược pha với tia trực tiếp, thì tín hiệu thu thậm trí có thể bị triệt tiêu.

Sự phản xạ cũng có thể xẩy ra ở các vùng khí quyển bất đồng nhất (vùng đối lưu), tuy nhiên trong hệ thống vi ba LOS, do truyền sóng thẳng nên chúng ta không cần phải xét đến trường hợp này Sự phản xạ sóng từ mặt đất xẩy ra ở khoảng giữa tuyến hoặc ở những chỗ địa hình có cấu trúc đặc biệt chỉ ra trên hình 13.

Hình 3.2 Hiện tượng phản xạ sóng từ mặt đất Tín hiệu đến điểm thu là tổng tín hiệu tia trực tiếp và tia phản xạ

A a =γa =(γo +γw)

d r

E

E= +

Tín hiệu của tia phản xạ sẽ bị chậm pha so với tia trực tiếp một lượng

trong đó là sự chênh lệch quãng đường giữa tia trực tiếp và tia phản xạ

tín hiệu phản xạ tại điểm thu có thể được tính theo công thức sau:

Trong đó R là hệ số phản xạ của bề mặt

Như vậy tín hiệu tại điểm thu có thể được viết lại như sau:

Thông thường người ta biểu diễn độ lệch pha giữa tia trực tiếp và tia phản xạ

giống như sự giữ chậm về thời gian ụ Nếu như tần số góc của sóng mang là ω thì có thể biễu diễn góc lệch pha như sau:

Hàm truyền đạt của kênh vô tuyến có thể biểu diễn sơ bộ như sau:

Các giá trị của thay đổi thăng giáng theo thời gian do sự thay đổi bề mặt

hoặc các điều kiện khí hậu Đồ thị của H(ω) sẽ có một chỗ trũng ở 180 0 Độ sâu của chỗ trũng phụ thuộc vào giá trị Nếu =1 thì tại 180 0 tia trực tiếp sẽ bị khử hoàn toàn

và ta có pha ding sâu Trong trường hợp giữ nguyên ta thấy rằng H(ω) phụ

thuộc tần số và do đó kênh vô tuyến có đặc tính phụ thuộc tần số

Đối với một mặt đất gồ ghề thì tín hiệu tại điểm thu sẽ là tổng của tất cả các thành phần phản chiếu Hiện tượng phản xạ cũng là một trong các nguyên nhân gây ra hiện tượng thăng giáng tín hiệu tại điểm thu hay còn gọi là hiện tượng pha đing.

3.3 Hiện tượng fading

Pha đing là hiện tượng thay đổi tín hiệu vô tuyến một cách bất thường tại điểm thu

do sự tác động của môi trường truyền dẫn Các yếu tố gây ra hiện tượng pha đing bao gồm:

- Sự hấp thụ của các chất khí hơi nước, mưa … đây là những yếu tố chủ yếu đối với những tần số lớn hơn 10 GHz.

- Pha đing do hiện tượng lan truyền đa đường:

 Sự thay đổi gradient chỉ số khúc xạ theo thời gian cũng gây ra hiện tượng thăng giáng tín hiệu tại điểm thu Trường hợp cực đoan có thể gây ra hiện

∆

φλ

= R E jφ

)exp(

j R R

exp1

/)(ω = E Ed = + R j φR −ωτ

H

τ

φ ,, R

R

τ

φ ,, R

R

tượng ống sóng làm tia sóng không đến được điểm thu Hiện tượng này thường xảy ra tại những nơi có vĩ độ thấp và gần bề mặt nước và có nhiệt độ thay đổi nhanh Trong trường hợp gradient thay đổi lớn thì đây là nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng truyền lan đa đường Hiện tượng này thường xảy ra ở những giờ giữa trưa khi đó không khí bị xáo trộn hoàn toàn

do các dòng đối lưu và gió Khi gần tối và đặc biệt trong những tháng mùa

hè, lượng gió giảm, nhiệt độ và độ ẩm phân bố không đều, tạo nên các gradient chỉ số khúc xạ biến đổi

 Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt là từ bề mặt nước và sự phản xạ

từ những bất đồng trong khí quyển sự nhiễu xạ bởi những vật cản trên đường truyền cũng là những nguyên nhân gây ra hiện tượng lan truyền đa đường.

Suy hao đường truyền trong hệ thống vi ba mặt đất bao gồm hai thành phần: Thành phần L đặc trưng cho suy hao truyền sóng trong không gian tự do và thành phần A(t.f) đặc trưng cho yếu tố ảnh hưởng của môi trường Như vậy suy hao của hệ thống

vi ba mặt đất trong trường hợp này có thể viết:

a(t,f) = L S(t,f)

L là tổn hao gây ra khi lan truyền trong không gian tự do và S(t,f) được gọi là hệ số suy hao do pha-đing Nói chung S(t, f) là không thể lấy giá trị trung bình được, mà nó được xem như một quá trình ngẫu nhiên với hai biến độc lập Xét một cách chặt chẽ quá trình này không dừng Nhưng để thuận tiện cho việc khảo sát trong thực tế ta giả thiết S(t,f) là quá trình dừng.

Hệ số suy hao do pha-đing S(t,f) là hàm của biến thời gian t và tần số f Trong một số trường hợp sự phụ thuộc của pha-đing vào tần số là không đáng kể Trong trường hợp này suy hao do pha-đing hầu như không đổi trong cả băng tần Đối với các hệ thống có băng tần hẹp (hệ thống dung lượng nhỏ), khi đó pha-đing được gọi là pha-đing phẳng Đối với các hệ thống băng rộng (dung lượng cao), giá trị S(t,f) thay đổi rất khác nhau ở các tần số khác nhau trong băng tần, trường hợp này pha-đing được gọi là chọn lọc theo tần số.

3.3.1 Pha đinh phẳng:

Trong thông tin vô tuyến vấn đề truyền dẫn nhiều tia được đề cập nghiên cứu từ nhiều thập kỷ trước và những mô hình toán học về kênh nhiều tia đã được đề xuất Mô hình truyền dẫn nhiều tia với số lượng tia lớn thì áp dụng định lý giới hạn trung tâm để khảo sát, theo định lý này với số lượng tia đủ lớn thì cường độ trường thu có phân bố Gauss, biên độ trường thu sẽ có phân bố Rayleigh Trong mô hình khảo sát nếu một tia lớn hơn các tia còn lại thì phân bố này chuyển về phân bố Rice hoặc Nakagami Trong

hệ thống vi ba tần số làm việc cao, truyền sóng thẳng nên số lượng tia trong kênh là không nhiều, do đó tính động của kênh thông tin nhỏ hơn so với các kênh ứngvới phân

bố Rayleigh, Rice và Nakagami.

-Pha đinh phẳng do mưa

Suy hao do mưa: Các hạt mưa là nguyên nhân hấp thụ năng lượng sóng vô tuyến Lượng mưa càng lớn thì sự hấp thụ này càng cao, tổn hao do mưa cũng là đại lượng thay đổi theo tần số Tổn hao do mưa đặc biệt nguy hiểm với các sóng có tần số lớn hơn 10GHz vì khi đó kích thước của hạt mưa có thể so sánh với bước sóng điện từ Kích thước của hạt mưa còn bị phụ thuộc vào cường độ mưa (thường được tính theo đơn vị mm/h) Thực tế hạt mưa không có dạng hình cầu Trong quá trình rơi xuống hạt mưa

có dạng bẹt hơn do vậy tổn hao do mưa còn phụ thuộc cả vào phân cực sóng Kích thước giọt mưa theo chiều dọc nhỏ hơn kích thước theo chiều ngang nên các sóng phân cực ngang bị tổn hao mạnh hơn Đối với mưa không những làm suy hao mà còn làm xoay pha sóng điện từ và gây ra hiện tượng tán xạ, đây cũng là nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của hệ thống Thông thường tiêu hao do mưa ở tần số dưới 7 GHz có thể bỏ qua

ngay cả khi cự ly chặng tiếp phát lớn hơn 50km Trên 15GHz khi có tiêu hao do mưa để bảo đảm chất lượng hệ thống cần giảm cự ly xuống dưới 20 km và khi đó pha đinh phẳng gây bởi pha đing nhiểu tia giảm và không đóng vai trò quan trọng Ở tần số từ 7 đến 15 GHz cần xác định được đặc tính tiêu hao của cả pha đinh do mưa và pha đinh phẳng nhiều tia Tóm lại với tần số thấp cự ly chặng lặp dài thì pha đinh nhiều tia là chủ yếu và trong trường hợp ngược lại khi tần số cao, cự ly chặng lặp ngắn thì tiêu hao do mưa là ảnh hưởng chủ yếu.

- Pha-đing nhiễu tia chọn lọc tần số trong hệ thống vi ba số băng rộng

Các mô hình pha-đing nhiều tia chọn lọc tần số đã được đề xuất

Để nghiên cứu vấn đề này trước hết chúng ta giả thiết rằng hệ thống được thiết kế theo đúng tiêu chuẩn thiết kế tuyến, tức là khoảng hở đường truyền lớn hơn cho phép

Hệ thống được giả thiết như vậy sẽ không bị ảnh hưởng pha-đing do nhiễu xạ Pha-đing xảy ra có nguyên nhân là truyền dẫn nhiều tia, gồm tia tới trực tiếp, tia khúc xạ từ khí quyển và các tia phản xạ từ mặt đất truyền đến ăng-ten thu Kết quả sóng vô tuyến tới ăng-ten thu theo nhiều đường khác nhau, hiện tượng này được gọi là truyền dẫn nhiều tia, chỉ ra trên hình vẽ 14

Hình 3.3 Dạng truyền dẫn nhiều tia

Khi nghiên cứu hiện tượng kênh nhiều tia và vấn đề pha-đing chọn lọc theo tần số có khá nhiều mô hình kênh nhiều tia được đưa ra như: Mô hình ba tia, mô hình ba tia đơn giản hoá, mô hình hai tia, mô hình đa thức Trong đó mô hình ba tia đơn giản hoá của Rummler được coi là hay nhất và nó đã trở thành mô hình lý thuyết cho việc nghiên cứu hiện tượng này Mô hình này đã được kiểm nghiệm bằng đo lường thực tế và đã được thông báo rộng rãi là chính xác

Khi kênh đã được xác định là truyền dẫn nhiều tia thì việc mô tả các mô hình hàm truyền dẫn pha-đing của kênh là công việc hết sức quan trọng từ đó ta mới có thể đề xuất các biện pháp khắc phục.

 Mô hình ba tia tổng quát:

Mô hình này mặc nhận rằng, trong một chặng vi ba số luôn tồn tại ba tia truyền lan

từ đầu phát đến đầu thu

- Tia trực tiếp (tia LOS)

- Tia có biên độ nhỏ đi gần và ở bên dưới tia LOS (tức chính là tia phản xạ bề mặt)

có biên độ nhỏ vì bị mặt đất, các hạt khí và hơi nước hấp thụ một phần năng lượng

- Một tia có biên độ lớn hơn cách xa tia LOS hơn là tia khúc xạ

Hàm truyền của kênh trong trường hợp này có dạng:

Trong đó số hạng thứ nhất mô tả tia trực tiếp và lấy làm tham chiếu, số hạng thứ hai

và thứ ba mô tả hai tia còn lại của kênh nhiều tia a 1 , a 2 là các giá trị biên độ tham chiếu đặc trưng do suy hao biên độ, t 1 và t 2 là các độ giữ chậm của hai tia tương ứng.

Thực tế t 1 có giá trị rất nhỏ và vec tơ [α1 e -j2Πfτ] có độ lệch pha so với vec tơ tín hiệu tia trực tiếp là rất nhỏ Mặt khác thực tế cho thấy giá trị biên độ của vec tơ này cũng không lớn nên ảnh hưởng của thành phần này đến trường thu là có thể bỏ qua được.

2

2

2 1

1)(f α e j fτ α e j fτ